碳是生物必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也是元素循環(huán)過(guò)程的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。浮游植物作為水域生態(tài)系統(tǒng)中碳動(dòng)態(tài)的主要調(diào)節(jié)者，通過(guò)碳固定和碳分配在調(diào)節(jié)水生生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它們通過(guò)調(diào)節(jié)顆粒態(tài)有機(jī)碳(POC)和溶解性有機(jī)碳(DOC)的分配，決定了POC沉降到沉積物中的比例、DOC釋放到周圍水體中的比例以及被微生物同化的比例，最終影響藻源碳對(duì)水域碳匯的貢獻(xiàn)途徑及大小。因此，了解浮游植物碳分配有助于評(píng)估其對(duì)水域生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期儲(chǔ)存能力的作用。然而，對(duì)未來(lái)高CO2場(chǎng)景下浮游植物碳分配變化及其調(diào)控機(jī)制的探索尚不充分。針對(duì)這一科學(xué)問(wèn)題，本研究通過(guò)模擬三種不同CO2濃度情景(400 ppm、850 ppm和1370 ppm)，系統(tǒng)探究了聚球藻FACHB-410株在碳分配方面的響應(yīng)機(jī)制。

研究發(fā)現(xiàn)，在中等CO2濃度(850 ppm)下，聚球藻的碳分配模式與當(dāng)前水平(400 ppm)相比未發(fā)生顯著變化。然而，在極端高CO2環(huán)境(1370 ppm)下，聚球藻的總有機(jī)碳含量顯著降低47.05%，同時(shí)細(xì)胞外溶解性有機(jī)碳(DOCex)的比例顯著上升，而POC和細(xì)胞內(nèi)DOC(DOCin)則顯著減少。DOCex在總DOC中的比例從22.66%上升至44.32%(圖1、2)。這一結(jié)果表明，極端高CO2環(huán)境下，聚球藻更傾向于將碳以潛在惰性DOC的形式釋放至水體中，而非用于構(gòu)建細(xì)胞結(jié)構(gòu)的DOCin和下沉性的POC。

該研究首次揭示了聚球藻在極端CO2條件下碳分配的顯著轉(zhuǎn)變，表明其通過(guò)生物碳泵(BCP)途徑貢獻(xiàn)碳匯的能力可能減弱，而通過(guò)直接釋放DOC對(duì)表層碳庫(kù)的貢獻(xiàn)增強(qiáng)。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估未來(lái)氣候背景下聚球藻在水體碳匯中的作用具有重要啟示。

相關(guān)研究成果近期以“Influence of simulated future climate CO2 scenarios on carbon allocation in a keystone cyanobacterium Synechococcus”為題發(fā)表在國(guó)際藻類學(xué)經(jīng)典期刊Journal of Applied Phycology(《應(yīng)用藻類學(xué)雜志》)上。中國(guó)科學(xué)院華南植物園聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生張焱焱為第一作者，盧哲副研究員為通訊作者，小良站站長(zhǎng)王法明研究員作為共同作者在研究方案設(shè)計(jì)及論文寫作等方面給予指導(dǎo)意見(jiàn)。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和廣東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。文章鏈接：https://doi.org/10.1007/s10811-025-03639-1

圖1. 三種不同CO2濃度對(duì)聚球藻不同碳餾分濃度的影響

圖2. 三種不同CO2濃度下DOC餾分占總DOC的占比